WO2015049726A1

WO2015049726A1 - 空燃比センサの異常診断装置

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Publication number: WO2015049726A1
Application number: PCT/JP2013/076719
Authority: WO
Inventors: 寛史宮本; 靖志岩▲崎▼; 圭一郎青木; 徹木所
Original assignee: トヨタ自動車株式会社; 寛史宮本; 靖志岩▲崎▼; 圭一郎青木; 徹木所
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2013-10-01
Publication date: 2015-04-09
Also published as: JP6020739B2; EP3054135A1; AU2013402365A1; BR112016007345A2; RU2643169C2; EP3054135B1; RU2016111947A; EP3054135A4; CN105593501B; AU2013402365B2; JPWO2015049726A1; CN105593501A; US20160245723A1; US10365183B2

Abstract

　空燃比センサの異常診断装置は、排気浄化触媒と、排気浄化触媒よりも上流側に設けられた上流側空燃比センサと、排気浄化触媒よりも下流側に設けられた下流側空燃比センサと、これら空燃比センサの出力に基づいて下流側空燃比センサの異常診断を行う診断装置とを具備する。診断装置は、上流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比となっている場合に、下流側空燃比センサの出力空燃比がリーン判定基準空燃比よりもリッチな空燃比からリーン判定基準空燃比よりもリーンな空燃比に変化したときには、下流側空燃比センサに異常が生じていると判定する。これにより、下流側のセンサとして空燃比センサを用いた場合に、この下流側空燃比センサの異常を正確に診断することができる。

Description

空燃比センサの異常診断装置

　本発明は、内燃機関の排気通路に配置される空燃比センサの異常診断装置に関する。

　従来から、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に空燃比センサを設け、排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に酸素センサを設けた排気浄化装置が知られている。斯かる排気浄化装置では、例えば、上流側の空燃比センサの出力に基づいて排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように、内燃機関に供給する燃料量をフィードバック制御（メインフィードバック制御）すると共に、下流側の酸素センサの出力に基づいて目標空燃比をフィードバック制御（サブフィードバック制御）するようにしている。

　ところで、このような内燃機関に用いられる酸素センサ等には、センサを構成する素子に割れ等が生じる異常が発生する場合がある。このような場合には、センサは、流通する排気ガスの空燃比に応じた適切な出力を発生させることができなくなる。そこで、斯かるセンサの異常を診断する異常診断装置を設けることが知られている。

　斯かる異常診断装置としては、例えば、以下のようにして異常診断を行うものが知られている。すなわち、下流側の酸素センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比（以下、「リーン空燃比」という）となっている場合に、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比（以下、「リッチ空燃比」という）にする。その後、排気浄化触媒の酸素吸蔵量がゼロになっても、下流側の酸素センサの出力空燃比がリッチ空燃比に反転しない場合に、酸素センサに素子割れ等の異常があると診断するようにしている（例えば、特許文献１）。特許文献１によれば、これにより酸素センサの異常を迅速に且つ精度良く検知することができるとされている。

特開２００４－０１９５４２号公報特開２０１０－１９６４８３号公報特開２０１０－０２５０９０号公報特開２００７－０３２５３７号公報特開２００４－３０８５７４号公報

　ところで、特許文献１では、下流側のセンサとして酸素センサを用いることを前提としている。この結果、排気浄化触媒の酸素吸蔵量がゼロになっても、上流側の空燃比センサの出力空燃比がリーン空燃比に維持され且つ酸素センサの出力空燃比がリッチ空燃比に維持された場合に、素子割れ等の異常が発生していると判定している。

　しかしながら、下流側のセンサとして空燃比センサを用いた場合には、同様な手法を用いることはできない。すなわち、下流側のセンサとして空燃比センサを用いた場合には、空燃比センサに素子割れ等の異常が発生しても、必ずしも空燃比センサの出力空燃比がリーン空燃比に維持されるとはいえない。

　したがって、上記問題に鑑みて、本発明の目的は、下流側のセンサとして空燃比センサを用いた場合において、この下流側空燃比センサの異常を正確に診断することができる異常診断装置を提供することにある。

　上記課題を解決するために、第１の発明では、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、該排気浄化触媒よりも排気流れ方向上流側において前記排気通路に設けられた上流側空燃比センサと、前記排気浄化触媒よりも排気流れ方向下流側において前記排気通路に設けられた下流側空燃比センサと、これら空燃比センサの出力に基づいて下流側空燃比センサの異常診断を行う診断装置とを具備する空燃比センサの異常診断装置において、前記診断装置は、前記上流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比となっている場合に、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定基準空燃比よりもリッチな空燃比から該リーン判定基準空燃比よりもリーンな空燃比に変化したときには、前記下流側空燃比センサに異常が生じていると判定する、空燃比センサの異常診断装置が提供される。

　第２の発明では、第１の発明において、前記診断装置は、前記上流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比からリッチ空燃比に変化してリッチ空燃比に維持されている場合に、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定基準空燃比よりもリッチな空燃比から該リーン判定基準空燃比よりもリーンな空燃比に変化したときには、前記下流側空燃比センサに異常が生じていると判定する。

　第３の発明では、第１又は２の発明において、前記下流側空燃比センサ周りを流通する排気ガスの流量を検出又は推定する流量検出装置を更に具備し、前記診断装置は、前記流量検出装置によって検出又は推定された流量が予め定められた下限流量以上であるときにのみ前記下流側空燃比センサの異常診断を行う。

　第４の発明では、第３の発明において、前記リーン判定基準空燃比は、前記流量検出装置によって検出又は推定された排気ガスの流量に基づいて設定される。

　第５の発明では、第４の発明において、前記リーン判定基準空燃比は、前記流量検出装置によって検出又は推定された排気ガスの流量が多くなるほどリーンに設定される。

　第６の発明では、第１～第５のいずれか１つの発明において、前記リーン判定基準空燃比は、前記上流側空燃比センサによって検出された空燃比に基づいて設定される。

　第７の発明では、第６の発明において、前記リーン判定基準空燃比は、前記上流側空燃比センサによって検出された空燃比が低くなるほどリーンに設定される。

　第８の発明では、第１～第７のいずれか１つの発明において、前記内燃機関は、内燃機関の作動中に燃焼室への燃料供給を停止又は減量する燃料カット制御を実行可能であり、前記診断装置は、燃料カット制御の終了からの経過時間が基準経過時間以下である場合には前記下流側空燃比センサの異常診断を行わない。

　第９の発明では、第１～第８のいずれか１つの発明において、前記内燃機関は、内燃機関の作動中に燃焼室への燃料供給を停止又は減量する燃料カット制御と、該燃料カット制御の終了後に前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にする復帰後リッチ制御とを実行可能であり、前記診断装置は、前記復帰後リッチ制御の実行中に前記下流側空燃比センサの異常診断を行う。

　第１０の発明では、第１～第８のいずれか１つの発明において、前記内燃機関は、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比とに交互に変更する通常制御と、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を前記通常制御時におけるリッチ空燃比よりもリッチにするアクティブ制御とを実行可能であり、前記診断装置は、前記アクティブ制御の実行中に前記下流側空燃比センサの異常診断を行う。

　第１１の発明では、第１～第１０のいずれか１つの発明において、前記下流側空燃比センサは、コップ型の空燃比センサである。

　第１２の発明では、第１～第１１のいずれか１つの発明において、前記下流側空燃比センサに異常が生じていると判定されたときには、警告ランプを点灯させる。

　本発明によれば、下流側のセンサとして空燃比センサを用いた場合において、この下流側空燃比センサの異常を正確に診断することができる異常診断装置が提供される。

図１は、本発明の第一実施形態に係る異常診断装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。図２は、空燃比センサの概略的な断面図である。図３は、各排気空燃比におけるセンサ印加電圧と出力電流との関係を示す図である。図４は、印加電圧を一定にしたときの排気空燃比と出力電流との関係を示す図である。図５は、内燃機関の通常運転時における、上流側排気浄化触媒の酸素吸蔵量等のタイムチャートである。図６は、素子割れの異常が生じている空燃比センサの概略的な断面図である。図７は、アクティブ制御を行った場合における空燃比センサの出力空燃比等のタイムチャートである。図８は、下流側空燃比センサ周りを流通する排気ガスの流量と、下流側空燃比センサの出力空燃比との関係を示した図である。図９は、下流側空燃比センサの異常診断制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図１０は、排気ガスの流量とリーン判定基準空燃比との関係を示す図である。図１１は、第二実施形態における下流側空燃比センサの異常診断制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図１２は、下流側空燃比センサ周りを流通する排気ガスの実際の空燃比と、下流側空燃比センサの出力空燃比との関係を示す図である。図１３は、上流側空燃比センサの出力空燃比とリーン判定基準空燃比との関係を示す図である。

　以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

　＜内燃機関全体の説明＞
　図１は、本発明の第一実施形態に係る異常診断装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。図１を参照すると１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４との間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁６は吸気ポート７を開閉し、排気弁８は排気ポート９を開閉する。

　図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４の内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。点火プラグ１０は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、燃料噴射弁１１は、噴射信号に応じて、所定量の燃料を燃焼室５内に噴射する。なお、燃料噴射弁１１は、吸気ポート７内に燃料を噴射するように配置されてもよい。また、本実施形態では、燃料として理論空燃比が１４．６であるガソリンが用いられる。しかしながら、本発明の診断装置が用いられる内燃機関では、他の燃料を用いても良い。

　各気筒の吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気ポート７、吸気枝管１３、サージタンク１４、吸気管１５は吸気通路を形成する。また、吸気管１５内にはスロットル弁駆動アクチュエータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。スロットル弁１８は、スロットル弁駆動アクチュエータ１７によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。

　一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結される。排気マニホルド１９は、各排気ポート９に連結される複数の枝部とこれら枝部が集合した集合部とを有する。排気マニホルド１９の集合部は上流側排気浄化触媒２０を内蔵した上流側ケーシング２１に連結される。上流側ケーシング２１は、排気管２２を介して下流側排気浄化触媒２４を内蔵した下流側ケーシング２３に連結される。排気ポート９、排気マニホルド１９、上流側ケーシング２１、排気管２２及び下流側ケーシング２３は、排気通路を形成する。

　電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を具備する。吸気管１５には、吸気管１５内を流れる空気流量を検出するためのエアフロメータ３９が配置され、このエアフロメータ３９の出力は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。また、排気マニホルド１９の集合部には排気マニホルド１９内を流れる排気ガス（すなわち、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス）の空燃比を検出する上流側空燃比センサ４０が配置される。加えて、排気管２２内には排気管２２内を流れる排気ガス（すなわち、上流側排気浄化触媒２０から流出して下流側排気浄化触媒２４に流入する排気ガス）の空燃比を検出する下流側空燃比センサ４１が配置される。これら空燃比センサ４０、４１の出力も対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。なお、これら空燃比センサ４０、４１の構成については後述する。

　また、アクセルペダル４２にはアクセルペダル４２の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４３が接続され、負荷センサ４３の出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４４は例えばクランクシャフトが１５度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこのクランク角センサ４４の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路４５を介して点火プラグ１０、燃料噴射弁１１及びスロットル弁駆動アクチュエータ１７に接続される。なお、ＥＣＵ３１は、下流側空燃比センサ４１の異常診断を行う診断装置として機能する。

　上流側排気浄化触媒２０及び下流側排気浄化触媒２４は、酸素吸蔵能力を有する三元触媒である。具体的には、排気浄化触媒２０、２４は、セラミックから成る担体に、触媒作用を有する貴金属（例えば、白金（Ｐｔ））及び酸素吸蔵能力を有する物質（例えば、セリア（ＣｅＯ₂））を担持させたものである。排気浄化触媒２０、２４は、所定の活性温度に達すると、未燃ガス（ＨＣやＣＯ等）と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを同時に浄化する触媒作用に加えて、酸素吸蔵能力を発揮する。

　排気浄化触媒２０、２４の酸素吸蔵能力によれば、排気浄化触媒２０、２４は、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン（以下、「リーン空燃比」という）であるときには排気ガス中の酸素を吸蔵する。一方、排気浄化触媒２０、２４は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ（以下、「リッチ空燃比」という）であるときには、排気浄化触媒２０、２４に吸蔵されている酸素を放出する。この結果、排気浄化触媒２０、２４の酸素吸蔵能力が維持されている限り、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比に関わらず、排気浄化触媒２０、２４から流出する排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比となる。

　＜空燃比センサの説明＞
　本実施形態では、空燃比センサ４０、４１としては、コップ型の限界電流式空燃比センサが用いられる。図２を用いて、空燃比センサ４０、４１の構造について簡単に説明する。空燃比センサ４０、４１は、固体電解質層５１と、その一方の側面上に配置された排気側電極５２と、その他方の側面上に配置された大気側電極５３と、通過する排気ガスの拡散律速を行う拡散律速層５４と、基準ガス室５５と、空燃比センサ４０、４１の加熱を行うヒータ部５６とを具備する。

　特に、本実施形態のコップ型の空燃比センサ４０、４１では、固体電解質層５１は一端が閉じられた円筒状に形成される。その内部に画成された基準ガス室５５には、大気ガス（空気）が導入されると共に、ヒータ部５６が配置される。固体電解質層５１の内面上に大気側電極５３が配置され、その外面上に排気側電極５２が配置される。固体電解質層５１及び排気側電極５２の外面上にはこれらを覆うように拡散律速層５４が配置される。なお、拡散律速層５４の外側には、拡散律速層５４の表面上に液体等が付着するのを防止するための保護層（図示せず）が設けられてもよい。

　固体電解質層５１は、ＺｒＯ₂（ジルコニア）、ＨｆＯ₂、ＴｈＯ₂、Ｂｉ₂Ｏ₃等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃等を安定剤として配当した酸素イオン伝導性酸化物の焼結体により形成されている。また、拡散律速層５４は、アルミナ、マグネシア、けい石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質の多孔質焼結体により形成されている。さらに、排気側電極５２及び大気側電極５３は、白金等の触媒活性の高い貴金属により形成されている。

　また、排気側電極５２と大気側電極５３との間には、ＥＣＵ３１に搭載された印加電圧制御装置６０によりセンサ印加電圧Ｖが印加される。加えて、ＥＣＵ３１には、センサ印加電圧を印加したときに固体電解質層を介してこれら電極５２、５３間に流れる電流Ｉを検出する電流検出装置６１が設けられる。この電流検出装置６１によって検出される電流が空燃比センサ４０、４１の出力電流である。

　このように構成された空燃比センサ４０、４１は、図３に示したような電圧－電流（Ｖ－Ｉ）特性を有する。図３からわかるように、出力電流Ｉは、排気空燃比が高くなるほど（リーンになるほど）、大きくなる。また、各排気空燃比におけるＶ－Ｉ線には、Ｖ軸に平行な領域、すなわちセンサ印加電圧が変化しても出力電流がほとんど変化しない領域が存在する。この電圧領域は限界電流領域と称され、このときの電流は限界電流と称される。図３では、排気空燃比が１８であるときの限界電流領域及び限界電流をそれぞれＷ₁₈、Ｉ₁₈で示している。

　図４は、印加電圧を０．４５Ｖ程度で一定にしたときの、排気空燃比と出力電流Ｉとの関係を示す図である。図４からわかるように、空燃比センサ４０、４１では、排気空燃比が高くなるほど（すなわち、リーンになるほど）、空燃比センサ４０、４１からの出力電流Ｉが大きくなる。加えて、空燃比センサ４０、４１は、排気空燃比が理論空燃比であるときに出力電流Ｉが零になるように構成される。また、排気空燃比が一定以上に大きくなったとき、或いは一定以下に小さくなったときには、排気空燃比の変化に対する出力電流の変化の割合が小さくなる。

　なお、上記例では、空燃比センサ４０、４１として図２に示した構造の限界電流式の空燃比センサを用いている。しかしながら、上流側空燃比センサ４０としては例えば積層型の限界電流式空燃比センサ等の他の構造の限界電流式の空燃比センサや、限界電流式ではない空燃比センサ等、如何なる空燃比センサを用いてもよい。

　＜基本的な制御＞
　このように構成された内燃機関では、上流側空燃比センサ４０及び下流側空燃比センサ４１の出力に基づいて、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が機関運転状態に基づいた最適な空燃比となるように、燃料噴射弁１１からの燃料噴射量が設定される。このような燃料噴射量の設定方法としては、上流側空燃比センサ４０の出力に基づいて上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比（或いは、機関本体から流出する排気ガスの目標空燃比）が目標空燃比となるように制御すると共に、下流側空燃比センサ４１の出力に基づいて上流側空燃比センサ４０の出力を補正したり、目標空燃比を変更したりする方法が挙げられる。

　図５を参照して、このような目標空燃比の制御の例について、簡単に説明する。図５は、内燃機関の通常運転（通常制御）時における、上流側排気浄化触媒の酸素吸蔵量、目標空燃比、上流側空燃比センサの出力空燃比及び下流側空燃比センサの出力空燃比のタイムチャートである。なお、「出力空燃比」は、空燃比センサの出力に相当する空燃比を意味する。また、「通常運転（通常制御）時」は、内燃機関の特定の運転状態に応じて燃料噴射量を調整する制御（例えば、内燃機関を搭載した車両の加速時に行われる燃料噴射量の増量補正や、後述する燃料カット制御等）を行っていない運転状態（制御状態）を意味する。

　図５に示した例では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定基準空燃比（例えば、１４．５５）以下となったときに、目標空燃比はリーン設定空燃比ＡＦｌｅａｎ（例えば、１５）に設定され、維持される。その後、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が推定され、この推定値が予め定められた判定基準吸蔵量Ｃｒｅｆ（最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘよりも少ない量）以上になると、目標空燃比はリッチ設定空燃比ＡＦｒｉｃｈ（例えば、１４．４）に設定され、維持される。図５に示した例では、このような操作が繰り返し行われる。

　具体的には、図５に示した例では、時刻ｔ₁前において、目標空燃比がリッチ設定空燃比ＡＦｒｉｃｈとされ、これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比もリッチ空燃比となっている。また、上流側排気浄化触媒２０には酸素が吸蔵されていることから、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比はほぼ理論空燃比（１４．６）となっている。このとき、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比はリッチ空燃比となっていることから、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は徐々に低下する。

　その後、時刻ｔ₁においては、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量がゼロに近づくことにより、上流側排気浄化触媒２０に流入した未燃ガスの一部は上流側排気浄化触媒２０で浄化されずに流出し始める。その結果、時刻ｔ₂において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比よりも僅かにリッチなリッチ判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｒｉとなり、このとき目標空燃比はリッチ設定空燃比ＡＦｒｉｃｈからリーン設定空燃比ＡＦｌｅａｎへ切り替えられる。

　目標空燃比の切替により、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比はリーン空燃比になり、未燃ガスの流出は減少、停止する。また、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は徐々に増加し、時刻ｔ₃において、判定基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達する。このように、酸素吸蔵量が判定基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達すると、目標空燃比は、再びリーン設定空燃比ＡＦｌｅｎａからリッチ設定空燃比ＡＦｒｉｃｈへと切り替えられる。この目標空燃比の切替により、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比は再びリーン空燃比となり、その結果、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は徐々に減少し、以降は、このような操作が繰り返し行われる。このような制御を行うことにより、上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘが流出するのを防止することができる。

　なお、通常制御として行われる上流側空燃比センサ４０及び下流側空燃比センサ４１の出力に基づく目標空燃比の制御は上述したような制御に限定されるものではない。これら空燃比センサ４０、４１の出力に基づく制御であれば、如何なる制御であってもよい。したがって、例えば、通常制御として、目標空燃比を理論空燃比に固定して、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比が理論空燃比になるようにフィードバック制御を行うと共に、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比に基づいて上流側空燃比センサ４０の出力空燃比を補正するような制御を行ってもよい。

　＜空燃比センサの素子割れ＞
　ところで、上述したような空燃比センサ４０、４１に生じる異常として、空燃比センサ４０、４１を構成する素子に割れが生じる素子割れという現象が挙げられる。具体的には、固体電解質層５１及び拡散律速層５４を貫通する割れ（図６のＣ１）や、固体電解質層５１及び拡散律速層５４に加えて両電極５２、５３を貫通する割れ（図６にＣ２）が発生する。このような素子割れが発生すると、図６に示したように割れた部分を介して排気ガスが基準ガス室５５内に進入する。

　この結果、空燃比センサ４０、４１周りの排気ガスの空燃比がリッチ空燃比である場合には、リッチ空燃比の排気ガスが基準ガス室５５内に進入する。これにより、基準ガス室５５内にリッチ空燃比の排気ガスが拡散し、大気側電極５３はリッチ空燃比の排気ガスに曝されることになる。一方、この場合でも、排気側電極５２は拡散律速層５４を介して排気ガスに曝されることになる。このため、大気側電極５３に対して排気側電極５２の方が相対的にリーンとなり、結果的に、空燃比センサ４０、４１の出力空燃比がリーン空燃比となる。すなわち、空燃比センサ４０、４１に素子割れが発生すると、空燃比センサ４０、４１周りの排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であっても、空燃比センサ４０、４１の出力空燃比はリーン空燃比となってしまう。一方、空燃比センサ４０、４１周りの排気ガスの空燃比がリーン空燃比である場合には、このような出力空燃比の逆転現象は発生しない。これは、排気ガスの空燃比がリーン空燃比である場合には、空燃比センサ４０、４１の出力電流は固体電解質層５１の両側の空燃比の差よりも拡散律速層５４を介して排気側電極５３表面上に到達する酸素の量に依存するためである。

　＜異常診断＞
　本実施形態では、上述したような下流側空燃比センサ４１の素子割れ異常の性質を利用して、下流側空燃比センサ４１の素子割れに基づく異常診断を行うようにしている。具体的には、ＥＣＵ３１は、所定の実行条件が成立する場合に、アクティブ制御を実行する。アクティブ制御では、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比（或いは、機関本体から流出する排気ガスの目標空燃比）がリッチ空燃比となるように、燃料噴射弁１１からの燃料噴射量が制御される。また、これに伴って、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの実際の空燃比もリッチ空燃比になる。

　図７は、アクティブ制御を行った場合における空燃比センサの出力空燃比のタイムチャートである。図７に示した例では、時刻t₄において、アクティブ制御の実行が開始される。時刻ｔ₄においてアクティブ制御の実行が開始されると、目標空燃比がリッチ空燃比に設定される。特に、図示した例では、アクティブ制御実行時の目標空燃比は、通常運転時に設定されるリッチ設定空燃比よりもリッチなアクティブ制御時空燃比ＡＦａｃｔとされる。このとき、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比はリッチ空燃比になる。一方、上流側排気浄化触媒２０に流入した排気ガス中の未燃ＨＣ等は上流側排気浄化触媒２０に吸蔵されている酸素と反応して浄化される。このため、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比は、ほぼ理論空燃比となっている。

　アクティブ制御の実行により、上流側排気浄化触媒２０にはリッチ空燃比の排気ガスが流入することから、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は徐々に減少していく。この間も、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比はリッチ空燃比になっており、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比はほぼ理論空燃比となっている。やがて、酸素吸蔵量はほぼゼロになり、これにより、上流側排気浄化触媒２０から未燃ＨＣ等を含んだリッチ空燃比の排気ガスが流出する。すなわち、下流側空燃比センサ４１周りを流通する排気ガスの実際の空燃比はリッチ空燃比となる。

　ここで、下流側空燃比センサ４１に素子割れの異常が発生していないときには、図７に実線で示したように、実際の空燃比に従って、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比もリッチ空燃比となる。そこで、本実施形態では、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比がリッチ空燃比となっている場合、特に、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比からリッチ空燃比に変化してリッチ空燃比に維持されている場合に、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｒｉよりもリーンな空燃比（例えば、ほぼ理論空燃比）からこれよりもリッチな空燃比に変化したとき（時刻ｔ₅）には、下流側空燃比センサ４１には素子割れの異常は発生していないと判定する。なお、本実施形態では、このときのリッチ判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｒｉは、通常運転時におけるリッチ判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｒｉと同一であるが、異なる値であってもよい。この結果、異常判定フラグはＯｆｆのままとされる。

　一方、下流側空燃比センサ４１に素子割れの異常が発生しているときには、図７に破線で示したように、実際の空燃比とは異なり、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン空燃比となる。そこで、本実施形態では、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比がリッチ空燃比となっている場合に、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が、理論空燃比よりも僅かにリーンなリーン判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｌｅよりもリッチな空燃比（例えば、ほぼ理論空燃比）からこれよりもリーンな空燃比に変化したとき（時刻ｔ₅）には、下流側空燃比センサ４１に素子割れの異常が発生していると判定する。この結果、異常判定フラグはＯｎとされる。

　このようにして下流側空燃比センサ４１の異常診断が行われると、アクティブ制御が停止せしめられ、通常運転が再開される。特に、図７に示した例では、時刻ｔ₅において下流側空燃比センサ４１の異常診断が行われていることから、時刻ｔ₅においてアクティブ制御が停止せしめられる。その後、通常運転が再開されると、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下となっていることから、目標空燃比がリーン設定空燃比ＡＦｌｅａｎに設定され、図５に示した制御が繰り返し行われる。

　このように、本実施形態によれば、上流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ空燃比となっている場合に、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が一旦ほぼ理論空燃比となった後に、如何なる空燃比に変化するかに基づいて下流側空燃比センサ４１の異常診断が行われる。これにより、空燃比センサである下流側のセンサについて、素子割れの異常を診断することができる。

　なお、上述したリッチ判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ及びリーン判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｌｅは、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が中間程度の量であるときに、正常の空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比近傍で変動する範囲外の空燃比とされる。

　ところで、本実施形態では、アクティブ制御は、一定の実行条件が成立している場合に実行され、成立していない場合には実行されない。換言すると、下流側空燃比センサ４１の異常診断は一定の実行条件が成立している場合に実行され、成立していない場合には実行されない。

　ここで、一定の実行条件が成立している場合とは、例えば、以下の条件全てを満たす場合を意味する。一つ目の条件は、両空燃比センサ４０、４１が活性していること、すなわち両空燃比センサ４０、４１の温度が活性温度以上になっていることである。空燃比センサ４０、４１が活性していないと、そもそも排気ガスの空燃比を正確に検出することができないうえ、素子割れの異常が発生しても出力空燃比のずれが生じにくいためである。

　二つ目の条件は、下流側空燃比センサ４１周りを流通する排気ガスの流量が予め定められた下限流量以上であることである。図８は、下流側空燃比センサ４１周りを流通する排気ガスの流量と、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比との関係を示した図である。図示した例では、下流側空燃比センサ４１周りを流通する排気ガスの空燃比は理論空燃比よりも僅かにリッチなリッチ空燃比となっている。

　図８からわかるように、下流側空燃比センサ４１周りを流通する排気ガスの流量が少ないときには、正常なセンサと素子割れが生じているセンサとの間で、出力空燃比にほとんど差がない。これに対して、排気ガスの流量が多くなると、素子割れが生じているセンサでは出力空燃比がリーンとなる。したがって、下流側空燃比センサ４１周りを流通する排気ガスの流量が少ないと、素子割れの異常が生じていても出力空燃比に変化が生じない。

　加えて、図８に示したように、素子割れが生じているセンサでは、下流側空燃比センサ４１周りを流通する排気ガスの流量が多くなるにつれて、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン側にシフトする。したがって、下流側空燃比センサ４１周りを流通する排気ガスの流量が少ない場合には、素子割れが生じている場合であっても、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比におけるリーン度合いは小さく、リーン判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｒｉまで到達しない場合がある。

　そこで、本実施形態では、排気ガスの流量が、予め定められた下限流量、すなわち正常なセンサと素子割れの生じているセンサとで出力空燃比が変わるような流量（例えば、図８のＧ₁）以上であることが、アクティブ制御の実行条件とされている。

　なお、下流側空燃比センサ４１周りを流通する排気ガスの流量は、例えば、エアフロメータ３９によって検出された空気流量等に基づいて算出される。しかしながら、斯かる排気ガスの流量は、その他の手法によって推定されてもよい。或いは、下流側空燃比センサ４１近傍において排気通路内を流れる排気ガスの流量を検出するエアフロメータ等を設け、このエアフロメータ等によって直接検出されてもよい。

　三つ目の条件は、燃料カット制御の終了からの経過時間が基準経過時間以上であることである。燃料カット制御とは、内燃機関が作動している状態（クランクシャフトが回転している状態）で燃焼室への燃料供給を停止又は大幅に減量する制御である。斯かる燃料カット制御は、例えば、アクセルペダル４２の踏込み量がゼロ又はほぼゼロ（すなわち、機関負荷がゼロ又はほぼゼロ）であり且つ機関回転数がアイドリング時の回転数よりも高い所定の回転数以上であるときに実施される。

　このような燃料カット制御の終了直後には、機関本体から排出される排気ガスの空燃比がリッチ空燃比となるように燃料噴射量を制御した場合であっても、素子割れの生じていない正常な空燃比センサでも出力空燃比がリーン空燃比となる。このため、燃料カット制御が終了してから或る程度の経過時間が経過するまでは、下流側空燃比センサ４１の素子割れを正確に診断することができない。そこで、本実施形態では、燃料カット制御終了からの経過時間が、基準経過時間以上、すなわち正常な空燃比センサにおいて燃料カット制御を終了してから出力空燃比が安定するまでに必要な時間以上であることが、アクティブ制御の実行条件とされている。

　四つ目の条件は、内燃機関を搭載した車両のイグニッションスイッチがＯＮにされてから現在まで、下流側空燃比センサ４１の異常判定が完了していないことである。下流側空燃比センサ４１の異常判定はそれほど頻繁に行う必要はないため、異常判定が完了していないときにのみ異常判定を行うようにしたものである。具体的には、下流側空燃比センサ４１の異常判定において異常と判定されたときにＯＮとされる異常フラグ、又は下流側空燃比センサ４１の異常判定が完了したときにＯＮとされる判定完了フラグがＯＮとなっていないことが条件とされる。

　なお、上記実施形態では、通常運転時において、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に変更するようにしている。このような場合には、アクティブ制御の実行時には、目標空燃比は、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が通常運転（通常制御）時におけるリッチ空燃比（上記実施形態では、リッチ設定空燃比ＡＦｒｉｃｈ）よりもリッチな空燃比とされる。しかしながら、通常運転時においては、必ずしも目標空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とを交互に変更する必要はなく、例えば、目標空燃比を常に理論空燃比に設定するようにしてもよい。

　また、上記実施形態では、下流側空燃比センサ４１の異常診断を行うにあたって、アクティブ制御を行っている。しかしながら、下流側空燃比センサ４１の異常診断を行うにあたって必ずしもアクティブ制御を行う必要はない。

　例えば、燃料カット制御の終了直後には、一般に、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にする復帰後リッチ制御が行われる。これは、燃料カット制御中に上流側排気浄化触媒２０に吸蔵された酸素の一部又は全部を放出するために行われる。下流側空燃比センサ４１の異常診断は、この復帰後リッチ制御の実行中に行われてもよい。ただし、この場合であっても、上述したように、燃料カット制御の終了からの経過時間が基準経過時間以上であることが必要である。

　＜フローチャート＞
　図９は、下流側空燃比センサ４１の異常診断制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。

　まず、ステップＳ１１において、内燃機関の始動後、或いは内燃機関を搭載した車両のイグニッションキーがオンにされた後、下流側空燃比センサ４１の異常判定が未了であるか否かが判定される。内燃機関の始動後に異常判定が既に行われていた場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、異常判定が未了であると判定された場合にはステップＳ１２へと進む。ステップＳ１２では、アクティブ制御フラグＦａが０であるか否かが判定される。アクティブ制御フラグＦａは、アクティブ制御が実行されているときには１とされ、それ以外のときには０とされるフラグである。アクティブ制御が未だ実行されていないときには、ステップＳ１３へと進む。

　ステップＳ１３では、アクティブ制御の実行条件が成立しているか否かが判定される。上述したアクティブ制御の実行条件が成立していない場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、アクティブ制御の実行条件が成立しているときには、ステップＳ１４へと進み、目標空燃比がアクティブ制御時空燃比に設定される。次いで、ステップＳ１５では、アクティブ制御フラグＦａが１にセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。

　次の制御ルーチンでは、アクティブ制御フラグＦａが１にセットされていることから、ステップＳ１２からステップＳ１６へと進む。ステップＳ１６では、ストイキフラグＦｓが０であるか否かが判定される。ストイキフラグＦｓは、アクティブ制御開始後、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がほぼ理論空燃比に達したときに１とされ、それ以外のときには０とされるフラグである。ステップＳ１６において、ストイキフラグＦｓが０である場合にはステップＳ１７へと進む。ステップＳ１７では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｒｉとリーン判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｌｅとの間の空燃比であるか否か、すなわち理論空燃比に実質的に収束しているか否かが判定される。ステップＳ１７において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比には収束していないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ１７において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比に収束していると判定された場合には、ステップＳ１８へと進む。ステップＳ１８では、ストイキフラグＦｓが１にセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。

　次の制御ルーチンでは、ストイキフラグＦｓが１にセットされていることからステップＳ１６からステップＳ１９、Ｓ２０へと進む。ステップＳ１９では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上であるか否かが判定され、ステップＳ２０では下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下であるか否かが判定される。ステップＳ１９、Ｓ２０において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｒｉとリーン判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｌｅとの間の空燃比であると判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。

　一方、ステップＳ１９において、出力空燃比がリーン判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上であると判定された場合にはステップＳ２１へと進む。ステップＳ２１では、下流側空燃比センサ４１に異常が生じていると判定され、異常判定フラグがＯｎとされ、これにより、例えば、内燃機関を搭載した車両の警告ランプが点灯せしめられる。また、ステップＳ２０において、出力空燃比がリッチ判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下であると判定された場合にはステップＳ２２へと進む。ステップＳ２２では、下流側空燃比センサ４１は正常であると判定され、異常判定フラグはＯｆｆのままとされる。

　ステップＳ２１及びステップＳ２２の後には、ステップＳ２３へと進む。ステップＳ２３では、目標空燃比がアクティブ制御時空燃比に設定されていたのが解除されて、通常運転が開始せしめられる。次いで、ステップＳ２４では、アクティブ制御フラグＦａ及びストイキフラグＦｓが０にリセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。

　＜第二実施形態＞
　次に、図１０及び図１１を参照して、本発明の第二実施形態の異常診断装置について説明する。本発明の第二実施形態の異常診断装置の構成等は、基本的に第一実施形態の異常診断装置の構成等と同様である。しかしながら、第一実施形態では、下流側空燃比センサ４１の異常を判定する閾値であるリーン判定基準空燃比が予め定められた一定値であるのに対して、本実施形態ではリーン判定基準空燃比は下流側空燃比センサ４１周りを流通する排気ガスの流量に応じて変化する。

　ところで、下流側空燃比センサ４１に異常が発生しておらず、正常な状態であったとしても、アクティブ制御の実行中に下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン空燃比になる場合がある。例えば、機関本体から排出された排気ガス中に水素が多量に含まれていると、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比は実際の排気空燃比よりもリッチになる。このような場合に、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御すると、目標空燃比がリッチ空燃比である場合であっても、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの実際の空燃比がリーン空燃比となっている場合があり得る。この結果、アクティブ制御の実行中であっても、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン空燃比になってしまう。

　この場合、リーン判定基準空燃比が、比較的低い空燃比、すなわちリーン度合いの低い空燃比に設定されていると、実際には下流側空燃比センサ４１は正常な状態であるにも関わらず、誤って下流側空燃比センサ４１に異常があると判定してしまうことになる。このような誤判定を低減するためには、できる限りリーン判定基準空燃比を高い空燃比、すなわちリーン度合いの高い空燃比に設定することが好ましい。

　ここで、図８を参照して説明したように、素子割れが発生していた場合の下流側空燃比センサ４１の出力空燃比は、センサ周りを流通する排気ガスの流量が多いほど高くなる。そこで、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１周りを流通する排気ガスの流量に基づいてリーン判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｌｅを設定するようにしている。より具体的には、図１０に示したように、下流側空燃比センサ４１周りを流通する排気ガスの流量が多くなるほど、リーン判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｌｅを高く（リーンに）設定するようにしている。これにより、下流側空燃比センサ４１を誤って異常判定してしまうことが抑制される。

　図１１は、第二実施形態における下流側空燃比センサ４１の異常診断制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。なお、図１１のステップＳ３１～Ｓ４４は、図９のステップＳ１１～Ｓ２４と同様であるため、説明を省略する。

　ステップＳ３６において、ストイキフラグＦｓが１にセットされていると判定された場合には、ステップＳ４５へと進む。ステップＳ４５では、例えば、エアフロメータ３９の出力に基づいて下流側空燃比センサ４１周りを流通する排気ガスの流量が算出されると共に、この流量に基づいて図１０に示したマップを用いてリーン判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｌｅが算出される。なお、この場合には、図１０に示したマップの代わりに、予め実験的又は計算によって求めた計算式等を用いてリーン判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｌｅを算出してもよい。

　＜第三実施形態＞
　次に、図１２及び図１３を参照して、本発明の第三実施形態の異常診断装置について説明する。本発明の第三実施形態の異常診断装置の構成等は、基本的に第一実施形態及び第二実施形態の異常診断装置の構成等と同様である。しかしながら、本実施形態では、リーン判定基準空燃比が上流側空燃比センサ４０の出力空燃比に基づいて設定される。

　図１２は、下流側空燃比センサ４１周りを流通する排気ガスの実際の空燃比と、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比との関係を示す図である。図１２の破線は、下流側空燃比センサ４１が正常な状態である場合における実際の空燃比と出力空燃比との関係を示している。図１２からわかるように、素子割れが発生しているセンサでは、実際の空燃比がリッチになるにつれて、出力空燃比が高く（リーンに）なっている。これは、実際の空燃比がリッチになるほど、素子割れが生じた空燃比センサの両電極５２、５３周りの空燃比の差が大きくなるためである。

　そこで、本実施形態では、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比に基づいてリーン判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｌｅを設定するようにしている。より具体的には、図１３に示したように、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比が低くなるほど、リーン判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｌｅを高く（リーンに～設定するようにしている。これにより、下流側空燃比センサ４１を誤って異常判定してしまうことが抑制される。

　なお、本実施形態においても、図１１のステップＳ４５において、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比に基づいて、図１３に示したマップを用いてリーン判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｌｅが算出される。また、この場合には、図１３に示したマップの代わりに、予め実験的又は計算によって求めた計算式等を用いてリーン判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｌｅを算出してもよい。

　また、第二実施形態と第三実施形態とを組み合わせることも可能である。この場合には、リーン判定基準空燃比ＡＦｒｅｆｌｅは、下流側空燃比センサ４１周りを流通する排気ガスの流量と上流側空燃比センサ４０の出力空燃比とに基づいて設定される。

　１　　機関本体
　５　　燃焼室
　７　　吸気ポート
　９　　排気ポート
　１９　　排気マニホルド
　２０　　上流側排気浄化触媒
　２４　　下流側排気浄化触媒
　３１　　ＥＣＵ
　４０　　上流側空燃比センサ
　４１　　下流側空燃比センサ

Claims

　内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、該排気浄化触媒よりも排気流れ方向上流側において前記排気通路に設けられた上流側空燃比センサと、前記排気浄化触媒よりも排気流れ方向下流側において前記排気通路に設けられた下流側空燃比センサと、これら空燃比センサの出力に基づいて下流側空燃比センサの異常診断を行う診断装置とを具備する空燃比センサの異常診断装置において、
　前記診断装置は、前記上流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比となっている場合に、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定基準空燃比よりもリッチな空燃比から該リーン判定基準空燃比よりもリーンな空燃比に変化したときには、前記下流側空燃比センサに異常が生じていると判定する、空燃比センサの異常診断装置。
　前記診断装置は、前記上流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比からリッチ空燃比に変化してリッチ空燃比に維持されている場合に、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定基準空燃比よりもリッチな空燃比から該リーン判定基準空燃比よりもリーンな空燃比に変化したときには、前記下流側空燃比センサに異常が生じていると判定する、請求項１に記載の空燃比センサの異常診断装置。
　前記下流側空燃比センサ周りを流通する排気ガスの流量を検出又は推定する流量検出装置を更に具備し、
　前記診断装置は、前記流量検出装置によって検出又は推定された流量が予め定められた下限流量以上であるときにのみ前記下流側空燃比センサの異常診断を行う、請求項１又は２に記載の空燃比センサの異常診断装置。
　前記リーン判定基準空燃比は、前記流量検出装置によって検出又は推定された排気ガスの流量に基づいて設定される、請求項３に記載の空燃比センサの異常診断装置。
　前記リーン判定基準空燃比は、前記流量検出装置によって検出又は推定された排気ガスの流量が多くなるほどリーンに設定される、請求項４に記載の空燃比センサの異常診断装置。
　前記リーン判定基準空燃比は、前記上流側空燃比センサによって検出された空燃比に基づいて設定される、請求項１～５のいずれか１項に記載の空燃比センサの異常診断装置。
　前記リーン判定基準空燃比は、前記上流側空燃比センサによって検出された空燃比が低くなるほどリーンに設定される、請求項６に記載の空燃比センサの異常診断装置。
　前記内燃機関は、内燃機関の作動中に燃焼室への燃料供給を停止又は減量する燃料カット制御を実行可能であり、
　前記診断装置は、燃料カット制御の終了からの経過時間が基準経過時間以下である場合には前記下流側空燃比センサの異常診断を行わない、請求項１～７のいずれか１項に記載の空燃比センサの異常診断装置。
　前記内燃機関は、内燃機関の作動中に燃焼室への燃料供給を停止又は減量する燃料カット制御と、該燃料カット制御の終了後に前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にする復帰後リッチ制御とを実行可能であり、
　前記診断装置は、前記復帰後リッチ制御の実行中に前記下流側空燃比センサの異常診断を行う、請求項１～８のいずれか１項に記載の空燃比センサの異常診断装置。
　前記内燃機関は、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比とに交互に変更する通常制御と、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を前記通常制御時におけるリッチ空燃比よりもリッチにするアクティブ制御とを実行可能であり、
　前記診断装置は、前記アクティブ制御の実行中に前記下流側空燃比センサの異常診断を行う、請求項１～８のいずれか１項に記載の空燃比センサの異常診断装置。
　前記下流側空燃比センサは、コップ型の空燃比センサである、請求項１～１０のいずれか１項に記載の空燃比センサの異常診断装置。
　前記下流側空燃比センサに異常が生じていると判定されたときには、警告ランプを点灯させる、請求項１～１１のいずれか１項に記載の空燃比センサの異常診断装置。